Stirlingmoottorilla aiotaan pyörittää sähkögeneraattoria aurinkovoimalassa.
Suomalaiset energiatutkijat kehittävät biostirlingiä.
Nasa suunnittelee ydinkäyttöistä stirlingmoottoria kuuasemalle.
Kaksisataa vuotta varjossa elänyt moottori on tullut muotiin.


Suomalaiset energiatutkijat kehittävät biostirlingiä.
Nasa suunnittelee ydinkäyttöistä stirlingmoottoria kuuasemalle.
Kaksisataa vuotta varjossa elänyt moottori on tullut muotiin.

Julkaistu Tiede -lehdessä 12/2009

Skotlantilainen pappi Robert Stirling patentoi 1816 lämpövoimakoneen, jossa kaasu laajenee ja supistuu suljetussa tilassa ja muuttaa lämpöä mekaaniseksi työksi. Nyt näyttää siltä, että tästä moottorimaailman Tuhkimosta on lopulta tulossa prinsessa.

Stirlingmoottorin lämmönlähteeksi kelpaa mikä vain, vaikka aurinko. Ruotsalais-yhdysvaltalainen keksijä ja yrittäjä John Ericsson kehitti 1870-luvulla aurinkostirlingin.

Viime heinäkuussa yhdysvaltalaiset Stirling Energy Systems ja Tessera Solar esittelivät aurinkokone SunCatcherin, joka muistuttaa Ericssonin laitetta.


Ericsson uskoi aurinkoon

Jenkkiyhtiöiden aurinkosieppari koostuu peilistä, stirlingmoottorista ja sähkögeneraattorista. Työaine on vetyä, jonka aurinko kuumentaa 600 celsiusasteeseen. Kylmää päätä jäähdytetään vesi-glykoliseoksella samaan tapaan kuin auton moottoria. 

Yksi sieppari kehittää 25 kilowatin tehon. Yhtiöt suunnittelevat Kaliforniaan ja Texasiin voimaloita, jotka koostuvat kymmenistä tuhansista SunCatchereista ja joiden yhteinen sähköteho nousee vuoteen 2012 mennessä noin tuhanteen megawattiin.

Nykyinsinöörit seuraavat Ericssonia, joka laski, että aurinkoalueille kannattaa rakentaa 22 miljoonaa sadan hevosvoiman (75 kilowatin) stirlingiä. Yhteinen piikkiteho olisi ollut 1,7 terawattia, mutta asennetusta tehosta olisi auringonpaisteen vaihtelun takia pystytty käyttämään alle kolmasosa, ehkä puoli terawattia.

Nykyään maailma tuottaa sähköä 2,8 terawatin keskiteholla. Jos Ericssonin ohjelma olisi toteutettu, aurinkostirlingeistä saataisiin nyt yli 15 prosenttia sähköstä.


Kiinnostus heilahdellut

Ericsson perusteli suunnitelmaansa hiilen loppumisella, mutta pian löydettiin lisää fossiilisia polttoaineita. Stirlingmoottorista tuli erikoislaite, jota 1800-luvulla käytettiin jonkin verran höyrykoneen asemesta lähinnä pumppujen voimanlähteenä.

Viime vuosisadalla nousivat valtaan öljy ja tavallinen polttomoottori. Moottori, jossa polttoaine paloi sylinterin sisällä, oli pieni ja kevyt. Suuria lämmönsiirtopintoja ei tarvittu. Stirlingit jäivät erityiskohteisiin, kuten sukellusveneisiin, joissa moottorin hiljainen käyntiääni on etu.

Kiinnostus kasvoi taas 1970-luvulla, kun öljyn hinta nousi. Autotehtaatkin kehittivät stirlingejä, jotka pyörivät kaikilla polttoaineilla.

Ja taas kiinnostus lopahti, kun öljy halpeni.

Nyt suhdanne on jälleen muuttunut: stirling kiinnostaa etenkin sähkön tuotannossa.

Jos lähitulevaisuudessa jonnekin aurinkoalueelle asennetaan lukuisia - satoja tai jopa tuhansia - stirlingejä, koneiden hinta laskee. Silloin kuumakaasukoneelle löytyy markkinoita muualtakin.


Biostirling lämpökeskukseen

Uutena sovelluksena kehitetään sähkön ja lämmön yhteistuotantoa, jossa stirlingin jäähdytysvedellä lämmitettäisiin tiloja.

Meillä Suomessa on tätä nykyä tiettävästi kaksi stirlingkonetta, joita käytetään paljolti juuri yhteistuotannon tutkimukseen. Jy¬väskylässä yliopisto ja Valtion teknillinen tutkimuskeskus sekä Lappeenrannassa teknillinen yliopisto kehittävät biostirlingvoimalaa.

- Sähköteholtaan noin kymmenen kilowatin stirlingmoottori sopii hyvin lämpöyrittäjälle, kertoo sovelletun termodynamiikan dosentti Juha Kaikko Lappeenrannasta. Kaikko korostaa, että näin pystytään hyödyntämään halpaa, uusiutuvaa polttoainetta, kuten haketta.

Jyväskyläläiset taas ovat tutkineet vähän pitemmälle jalostetun polttoaineen, puupelletin, käyttöä.

Lämpöyrittäminen on paikallista tuotantoa, jota paikallinen sähköntuotanto täydentää luontevasti. Sähkö voidaan käyttää lähellä, mutta kymmenen kilowatin sähköteho kuluu helposti jo itse lämpökeskuksessa pumppuihin, puhaltimiin ja kuljettimiin. 


Biossa omat pulmansa

Käyttöä biostirlingille löytyy kaikkialla. Suomessa ja muissa teollisuusmaissa biostirlingvoimala pienentää sähkölaskua ja lisää kilpailua sähkömarkkinoilla. Monilta Aasian ja Afrikan alueilta puuttuu keskitetty sähköverkko, jolloin paikallinen tuotanto on ainoa mahdollisuus.

Tähän asti stirlingejä on käytetty lähinnä Keski-Euroopassa ja polttoaineena on ollut kaasu tai öljy. Biopolttoaine tuo omat erityisongelmansa, jollainen on esimerkiksi tuhka. Jos savukaasu on liian kuumaa, tuhka pehmenee ja tarttuu lämmönsiirtopintaan.

- Siksi biomassaa on pakko polttaa matalahkossa, esimerkiksi 1 250 asteen lämpötilassa, kuvailee ongelmaa tutkimusjohtaja Martti Aho Jyväskylän yliopistosta. - Maakaasua voi polttaa jopa 1 600 asteessa. Lämpötilan pudottaminen taas alentaa hyötysuhdetta.

Biostirlingien markkinoille tulosta tutkijat sen enempää kuin yrityksetkään eivät toistaiseksi ole antaneet vuosilukuja. Julkaistuista tutkimustuloksista päätellen kaupalliset sovellukset ovat mahdollisia muutamassa vuodessa.

- Kymmenen vuoden päästä stirlingmoottoreita käytetään yleisesti, vakuuttaa dosentti Kaikko.


Kalevi Rantanen on diplomi-insinööri, tietokirjoittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.


Mikä on stirlingmoottori?
Klassisen stirlingin periaatteen voimme hahmottaa kuvittelemalla kaksi sylinteriä, jotka on yhdistetty kampikoneistolla. Koneisto synkronoi sylinterien liikkeet.


Siirtosylinterissä A liikkuu huokoinen siirtomäntä C. Työsylinterissä B liikkuu työmäntä D. 
* Paineistettu kaasu siirtää ylös työmäntää D, joka tekee mekaanista työtä, esimerkiksi pyörittää sähkögeneraattoria (1. tahti). Sylinterin liikkuessa kaasun paine laskee. 
* Siirtomäntä C laskeutuu alas (2. tahti). Kaasun paine laskee edelleen.
* Sitten myös työmäntä D painuu alas (3. tahti).
* Siirtomäntä C nousee ylös (4. tahti). Viilentynyt ilma virtaa alaspäin männän läpi. Ilma lämpenee taas, paine kasvaa ja kierros alkaa alusta.


Kaavio julkaistiin Tiede 2000 -lehdessä 7/1989. Se on kopioitu vuonna 1925 julkaistusta Uppfinningarnas bok  -kirjasta ja esittää Robert Strilingin alkuperäistä konetta.


Stirling poikkeaa polttomoottorista
* Stirling on "ulkopolttomoottori" eli polttoaine palaa tai lämpö kehitetään muulla tavalla sylinterin ulkopuolella. Tavallisessa polttomoottorissa polttoaine palaa sylinterin sisässä.
* Stirlingissä lämpö on siirrettävä työaineeseen sylinterin seinän läpi. Polttomoottorissa lämmönsiirtopintaa ei tarvita, koska sylinteri toimii myös polttokammiona ja savukaasut työaineena.
* Stirlingissä työaine laajenee ja supistuu, mutta ei räjähdä. Polttomoottori on "räjähdysmoottori", jossa polttoaine räjähtelee koko ajan sylinterissä.


Kuuhun atomistirling
Stirlingmoottorin lämmönlähteeksi kelpaa myös ydinreaktori. Nasa suunnittelee tulevan kuuaseman asukkaille mikroydinvoimalaa, jonka tuottamasta lämmöstä stirlingmoottori tekee sähköä.
 Polttoaineena on uraanidioksidi. Natriumin ja kaliumin seos jäähdyttää ¬reaktoria ja kuumentaa stirling-moottoria. Laitoksen teho on 40 kilowattia.

Hyvä harrastus – ja helppo. Lukemista löytyy aina. Kuva: Shutterstock

Kieli rikastuu, ajattelu syvenee ja sosiaalinen taju kehittyy.

Tietokirjan järki on selvä: saa tietoa, jolla jäsentää maailmaa ja vaientaa mutuilijat. Riittävästi tietoa hankkimalla tulee asiantuntijaksi, ja sillä on selvä hyötyarvo.

Entä missä on fiktion lukijan tulosvastuu? Mitä itua on kuluttaa aikaansa tuntitolkulla hatusta vedettyjen ihmisten hatusta vedettyihin edesottamuksiin? Paljonkin: romaani tai novelli opettaa toimimaan muiden ihmisten kanssa.

Fiktio simuloi sosiaalista maailmaa, esittää asiaa tutkinut Toronton yliopiston psykologian professori Keith Oatley. Niin kuin lentosimulaattori opettaa lentotaitoja, sosiaalisten tilanteiden simulaattori – romaani – opettaa sosiaalisia taitoja.

Kokeet vahvistavat, että fiktiota lukeneet tajuavat paremmin so­siaalisia kuvioita kuin tietotekstiä lukeneet. 

Suvaitsevaisuus kasvaa

Kuvitteellisesta tarinasta on sekin ilo, että pääsee väliaikaisesti jonkun toisen nahkoihin. Samastuminen tarinan henkilöön voi muuttaa lukijan käyttäytymistä ja pistää asenteet uusiksi, ovat kokeillaan osoittaneet Ohion yliopiston tutkijat.

Samastumisella on vaaransa. Romaanin aiheuttama itsemurha-aalto koettiin 1700-luvun lopulla, kun nuoret onnettomat miehet matkivat Johan Wolfgang von Goethen päähenkilön tekoa Nuoren Wertherin kärsimyksissä.

Ohiolaistutkimuksessa vaikutus oli rakentavampi: kun nuoret aikuiset olivat lukeneet tarinan miehestä, joka meni äänestämään, he menivät hanakammin vaaliuurnille vielä viikon kuluttua lukemisesta. He olivat saaneet kansalaishyvetartunnan.

Valkoihoisten suvaitsevaisuutta taas kasvattivat tarinat, joissa päähenkilö osoittautui homoseksuaaliksi tai afroamerikkalaiseksi. Lukijoilta karisi myös stereotypioita. Tämä kuitenkin edellytti, että päähenkilön ”erilaisuus” paljastui vasta tarinan myöhemmässä vaiheessa ja lukijat olivat ehtineet asettua hänen nahkoihinsa.

Stressi väistyy

Kun uppoutuu lukemaan, maailman meteli jää kauas ja paineet hellittävät. Tuttu tunne, josta on myös tieteelliset näytöt: lukeminen poistaa stressiä.

Terveystieteen opiskelijat saivat Yhdysvalloissa tehdyssä tutkimuksessa lukeakseen netistä ja aikakauslehdestä poimittuja artikkeleita, jotka käsittelivät historiallisia tapauksia ja tulevaisuuden innovaatioita. Aihepiirit olivat siis kaukana tenttikirjojen pakkolukemistosta.

Puolentunnin lukutuokio riitti laskemaan verenpainetta, sykettä ja stressin tuntua. Huojennus on yhtä suuri kuin samanpituisella joogahetkellä tai televisiohuumorin katselulla. Mikä parasta, apu löytyy helposti, lukemista kun on aina saatavilla.

Sanasto karttuu

Kirjoitettu kieli on ylivoimaisesti suurempi uusien sanojen lähde kuin puhuttu. Erot lasten sanavaraston runsaudessa voi johtaa suoraan siihen, miten paljon he altistuvat erilaisille teksteille, vakuuttavat lukemisen tutkijat Anne Cunningham ja Keith Stanovich.

Tiuhimmin uutta sanastoa kohtaa tieteellisten julkaisujen tiivistelmissä: tuhatta sanaa kohti harvinaisia on peräti 128. Sanoma- ja aikakauslehdissä harvinaisten sanojen tiheys nousee yli 65:n ja aikuisten kirjoissa yli 50:n.

Lastenkirjakin voittaa sanaston monipuolisuudessa televisio-ohjelman mennen tullen. Lapsilukija kohtaa kirjassa yli 30 harvinaista sanaa tuhatta kohti, kun aikuisten telkkariviihdettä katsoessa niitä tulee vastaan 23 ja lastenohjelmissa 20.

Juttelukaan ei pahemmin kartuta sanavarastoa. Aikuispuhe sisältää vain 17 epätavallista sanaa tuhatta kohti.

Syntyy omia ajatuksia

Ihmisen aivoja ei ole ohjelmoitu lukemaan. Kun taito kehittyi 5 500 vuotta sitten, näkemiseen, kuulemiseen, puhumiseen ja ajatteluun rakentuneet alueet alkoivat tehdä uudenlaista yhteistyötä.

Nyt olemme jälleen uudenlaisen lukukulttuurin alussa. Verkkolukeminen on tullut jäädäkseen, ja jotkut pelkäävät, että tyhmistymme, kun totutamme aivomme ärsyketulvaan ja pikaselailuun netissä. Tiedonvälitys on lisääntynyt räjähdysmäisesti mutta niin myös häly.

Syventyvän lukemisen kohtalosta kantaa huolta professori Maryanne Wolf Tufts-yliopistosta. Tapaa näet kannattaisi vaalia. Aivokuvaukset paljastavat, että paneutuva lukija käyttää laajasti molempia aivopuoliskojaan. Hän ei vain vastaanota kirjoittajan sanomaa vaan vertaa sitä aiemmin hankkimaansa tietoon, erittelee sitä ja rakentaa omaa ajatteluaan. Pintalukijalla ei tähän ole aikaa.

Mikko Puttonen on Tiede-lehden toimittaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 12/2012 

Täysin raittiiden suomalaisnuorten osuus on moninkertaistunut vuosituhannen alusta.

Nuoruus raitistuu, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan.

Nuorten alkoholin käyttö kasvoi vuoteen 1999, joka oli myös kaikkein kostein vuosi. Silloin vain joka kymmenes yhdeksäsluokkalainen ilmoitti, ettei ollut koskaan käyttänyt alkoholia.

Sittemmin täysin raittiiden osuus on moninkertaistunut, ilmenee vuoteen 2015 ulottuneesta eurooppalaisesta, nuorten päihteidenkäyttöä käsittelevästä Espad-tutkimuksesta.

Jopa muut eurooppalaiset jäävät jälkeen. Suomessa täysin raittiita 15–16-vuotiaista nuorista on joka neljäs, kun Euroopassa heitä on keskimäärin joka viides.

Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen THL:n erikoistutkija Kirsimarja Raitasalo kollegoineen on ­koettanut tunnistaa niitä nuoruuden muutoksia, jotka voisivat selittää humalan hiipumista.

Ratkaisevaa näyttää olleen ainakin se, että alaikäisten on yhä vaikeampi saada alkoholia. Nykynuoret kokevat sen selvästi hankalammaksi kuin aiemmat ikäpolvet.

Kauppojen omavalvonta on osaltaan tehonnut. Kassoilla kysytään kaikilta alle 30-vuotiaan näköisiltä papereita.

Vanhemmat ja muutkin aikuiset ovat tiukentaneet asenteitaan nuorten juomiseen.

”Tietoisuus alkoholin haitoista on ehkä lisääntynyt. On tullut paljon tutkimustietoa esimerkiksi siitä, miten alkoholi vaikuttaa nuorten aivojen kehitykseen”, Raitasalo pohtii.

Nuorten omakin maailma on muuttunut toisenlaiseksi. Älylaitteet, pelit ja sosiaalinen media kyllästävät arkea. Pussikaljoittelu joutuu kilpailemaan monen muun kiinnostavan ajanvietteen kanssa ja on ehkä osittain hävinnyt niille.

Juovuksissa olemisesta on ehkä tullut myös tyylirikko. Nuoret eivät enää näytä arvostavan kännissä örveltämistä.

Kysely

Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

Neutroni
Seuraa 
Viestejä25798
Liittynyt16.3.2005

Viikon gallup: Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

Käyttäjä4809 kirjoitti: Eiköhän syy ole -90 luvulla alkaneen laman menetetyt työpaikat ja samalla supistettu koulutus, minkä seurauksena vuodestä -99 alkaen vanhemmilla ei enää ole ollut niin paljon rahaa annettavaksi nuorisolle. Sekä myös nuorisolle soveltuvien työpaikkojen vähentyminen ja samaan aikaan tapahtunut kohtuuton vuokrien nousu, vasinkin pääkaupunkiseudulla. En tiedä, mutta en usko rahaan. Esimerkiksi kilju, 10 % juoma joka maksaa joitain senttejä litralta, tuntuu olevan...
Lue kommentti
molaine
Seuraa 
Viestejä1189
Liittynyt3.8.2011

Viikon gallup: Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

En kyllä usko, että rahalla on iso merkitys ja veikkaan, että käytettävissä olevat rahat on vain kasvaneet, jos verrataan vaikka omaan nuoruuteen. Ei viina suomessa ole niin kallista, etteikö köyhälläkin olisi varaa dokailla. Oma junnu ei läträä lainkaan viinan kanssa. Iso osa kavereistakaan ei, vaikka osa ilmeisesti jonkin verran lipittelee. Kyllä nuorten asenteet on mielestäni muuttuneet ihan selkeästi. Ehkä alkoholipolitiikka on toiminut? Kotoa ei meillä kyllä tällaista ole opittu...
Lue kommentti

Panterarosa: On selvää, että "Partitava kisaa kurupati-kuvaa" ei oikein aukene kehitysmaalaisille N1c- kalmukinperseille.